J. Physique Lett. 40, 559-564 (1979)
DOI: 10.1051/jphyslet:019790040021055900

Quadrupolar glass ordering in solid deuterium

N.S. Sullivan, M. Devoret et J.M. Vaissière

Centre d'Etudes Nucléaires de Saclay, Service de Physique du Solide et de Résonance Magnétique, B.P. n° 2, 91190 Gif-sur-Yvette, France

Abstract
Measurements of the NMR absorption line shapes have been used to establish the phase diagram for orientational ordering of the J = 1 molecules in solid mixtures of paradeuterium (J = 1) and orthodeuterium (J = 0) for para concentrations 42 < X < 75 % and temperatures 0.035 < T < 2.5 K. As in solid hydrogen, we observe three phases : a rotationally disordered phase, a long range orientationally ordered phase for concentrations of the J = 1 species greater than a critical concentration Xc ≈ 55 % and a hitherto unreported ordered phase in solid deuterium for X < Xc. The nature of the ordering in the new phase has been determined by analysing the NMR line shapes. There is a large distribution of local orientational order parameters for X < Xc and we interpret the transitions observed for low concentrations as a quadrupolar glass ordering of the orientational degrees of freedom of the J = 1 molecules.

Résumé
Nous avons effectué des mesures des raies d'absorption RMN du deuterium solide afin d'établir le diagramme de phase de l'ordre orientationnel pour les concentrations d'espèces J = 1, 42 < X < 75 %, et pour les températures 0,035 < T < 2,5 K. Comme dans l'hydrogène solide, on observe trois phases : une phase désordonnée à haute température, une phase présentant un ordre à longue distance pour X > Xc ~ 55 % et pour X < Xc une nouvelle phase encore jamais observée dans le deutérium solide. La nature de l'ordre dans cette nouvelle phase a été déterminée grâce à l'analyse des formes de raies de résonance. Il y a une distribution large du paramètre d'ordre local pour X < Xc et nous interprétons ce résultat par un verre quadrupolaire analogue à celui observé dans l'hydrogène solide.

PACS
6140 - Structure of amorphous and polymeric materials.
6150 - Crystalline state.
7660 - Nuclear magnetic resonance and relaxation condensed matter.

Key words
deuterium -- molecular reorientation -- NMR line breadth -- vitreous state -- NMR absorption line shapes -- phase diagram -- orientational ordering -- rotationally disordered phase -- long range orientationally ordered phase -- ordered phase -- solid D sub 2 -- quadrupolar glass ordering